農薬に代わる自然界の物質であるカビ菌を研究する

May 25, 2023

2023 年 3 月 14 日

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デンマーク工科大学ロッテ・クルル著

DTU は、大手国際企業が作物の真菌性疾患と闘う自然界の物質を発見するのを支援しています。 大学のカビ菌の大規模なコレクションと細菌の少数のコレクションがプロジェクトの一部であり、そのうちの 1 つが解決策を保持する可能性があります。 3 万 8,400 個のカビ菌分離株が、大規模研究プロジェクト「Smarter AgroBiological Screening」(SABS) で主導的な役割を果たしています。 このプロジェクトでは、DTU は農業用殺虫剤などの植物保護剤を製造する国際企業 FMC と協力しています。

とらえどころのない「主役」は、DTU の地下室で赤いネジキャップが付いたプラスチックのチューブに入れられ、正確に 9°C で保管されています。これらは、1988 年に大学の研究者が最初の分離株を保管することによって開始された、国際的に認められた真菌のコレクションを形成しています。

35 年後の今、それらは少数の細菌のコレクションとともに注意深く研究されることになります。 おそらく、これらの微生物は生物殺菌剤、つまり穀物の真菌性疾患と戦うことができる天然物質を生産するために使用できる可能性があります。 特にカビ菌への期待は大きい。

「バイオテクノロジー的に言えば、カビ菌は非常に興味深い生物です。各菌類には 50 ～ 80 の生合成経路があるからです。生合成経路とは、生理活性物質の生成を可能にする生物体内の一連の反応です。それに比べて、通常の細菌は、 」 DTU の准教授であり、DTU のプロジェクト分担金のコーディネーターであるラスムス・ジョン・ノーマンド・フランセン氏は次のように述べています。

彼は詳しく述べています、「物質の大部分、おそらくその95%までは、それらが何に使われるのか、なぜ微生物がそれらを生産するのか、私たちにはわかりません。しかし、それらは理由があり、おそらくは目的を持って自然界で作られています。」私たちは恩恵を受けることができます。」

EUは2030年までに加盟国の使用を半減し、敏感な地域での完全禁止を提案しているため、化学ベースの殺虫剤の代替品を見つけることが急務となっている。

しかし、農薬は、悪い評判にもかかわらず、植物の病気や昆虫によって作物の収量が損なわれないようにしてくれています。 オーフス大学のメモによると、農薬の段階的廃止は大幅な生産損失をもたらし、完全段階的廃止では穀物の収量が平均23％減少し、テンサイやテンサイでは最大50％の大幅な損失が発生するだろう。ジャガイモの生産。

世界的な食料需要の増加に伴い、作物を栽培するための土地を増やして二酸化炭素を排出する必要のない植物育種のグリーン移行を実現するには、良好な作物収量を確保する別の方法を見つける必要があります。

では、38,400 個のカビ菌分離株をどのように検査するのでしょうか? 現時点では、遅い方法が 1 つだけあります。 このプロジェクトのプロジェクトマネージャーであり、FMC との連絡役である Niels Bjerg Jensen 氏は、ハンドヘルド型だと語ります。 しかし、SABS プロジェクトの重要な部分として、DTU の菌類コレクション全体が「最新化」されるため、将来的にはハンドヘルド部分を避け、代わりにロボットを使用してコレクションをスクリーニングできるようになります。

この近代化には、現在、2人の検査技師が分離菌を地下室から取り出し、赤い蓋を1つずつ外して菌類から胞子をピペットで採取し、実験室で増殖できる寒天プレートに移す作業が必要となっている。 8 ～ 10 日後、検査技師は新鮮な胞子を採取し、24 個の穴 (実際にはウェルと呼ばれます) のあるプラスチック製のトレイに移します。各ウェルには独自の真菌分離株が入っています。

次にロボットが引き継ぎ、最終的に菌類を 96 個のウェルが入ったプラスチック製トレイに移します。 現在、この菌類の形式は自動プロセスに適合しており、ロボットが一度に 96 個の菌類から胞子をピペットで採取することができます。

「将来的には、私たちに役立つ微生物を探すときに、一度に約 100 倍のカビ菌をスクリーニングできるようになるということです」とニールス・ビェルグ・ジェンセン氏は述べ、新しいロボットの菌類コレクションは次のように説明しています。フレンドリーフォーマットはマイナス 80°C で保存されるため、将来のスクリーニングのために分離株を何度でも取得できます。

自動化されたプロセスでは、手動でのゆっくりとしたピペッティングが省略され、速度とデータ量の両方が大幅に増加します。 ハイスループットラボと呼ばれる世界的に見られる傾向です。

「世界中のバイオテクノロジー研究論文を見れば、データセットがますます大きくなっているのは明らかです。ほんの数年前までは、データセットがおそらく十数個の微生物で構成されているのが普通でした。今では、数百個の微生物を含めることが可能になっています」微生物のことです」とラスムス・ジョン・ノードマンド・フランセンは言います。

また、バイオテクノロジー研究所の人員配置にも需要が生じており、ロボットをプログラムしたり、膨大な生物学的データを構造化するデータウェアハウスを構築したりできるプロファイルも必要となっています。

DTU での真菌のスクリーニングによってデータが生成されるため、真菌のスクリーニングに人工知能を活用することも可能になります。

「人工知能は、人間が単純に調査することのできない膨大なデータのつながりやパターンを見つけることができ、私たちに役立つ可能性のある菌類をより迅速に特定することを容易にすることができます」とラスムス・ジョン・ノードマンド・フランセン氏は述べています。

SABS プロジェクトでは、DTU はすでに実験室で切望されている生理活性物質を生産できるいくつかの有望な菌類をスクリーニングし、特定しました。 候補者はさらなる調査のためにFMCに引き渡された。 有望な結果が継続する場合、次のステップは、天然の殺菌剤を使用して穀物を栽培する野外実験で、制御された条件下で物質をテストすることです。

FMC にとって、このプロジェクトは、グリーン移行を完了するための農業のニーズを満たすソリューションを開発する機会となります。

「生物農薬は、植物の病気と闘うための新しい方法を提供し、既存の化学の有用性を延長するのに役立ちます。生物農薬は、植物栽培者の新しい解決策に対するニーズを満たし、耐性を打ち消す持続可能なツールであり、化学活性物質の寿命を延ばすだけでなく、化学活性物質の寿命を延ばすのにも役立ちます。環境を保護します」と、デンマークのホースホルムにある FMC のヨーロッパ イノベーション センターの植物衛生研究開発ディレクター、バーグハルト リーブマン氏は述べています。

「FMCは、SABSプロジェクトにおけるDTUとの協力に興奮しています。私たちは、DTUバイオエンジニアリングの大規模かつ多様な微生物コレクションから恩恵を受けています。微生物学、ゲノミクス、代謝、自動化、人工知能に関するDTUの専門知識は、このプロジェクトにとって貴重です。」

デンマーク工科大学提供